癌症已经成为威胁人类生命健康的关键因素,探寻治疗癌症的脚步从未停止。近些年,免疫治疗已成为癌症治疗研究的新热点,生信人在各大平台上推出了很多相关报道。然而,以往大多数研究都是以T细胞作为预测PD1/PD-L1的标志物,今天给大家分享一篇2022年3月14日发表在Cancer Cell(IF:31.743)上,利用肿瘤内浆细胞预测非小细胞肺癌中PD-L1阻断剂治疗疗效的文章。接下来让我们一起看看如何使用浆细胞预测治疗疗效以及预测效能是怎样的呢?
Intratumoral plasma cells predict outcomes to PD-L1 blockade in non-small cell lung cancer
瘤内浆细胞预测非小细胞肺癌中PD-L1阻断剂的治疗疗效
一.研究背景
肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一。80%至85%的肺癌属于非小细胞肺癌(NSCLC)亚型。NSCLC的PD1/PD-L1阻断具有比较良好和持久的疗效,可显著提高患者生存率。然而,大多数NSCLC患者对PD1/PD-L1阻断的单一药物治疗没有反应。阿替唑珠单抗(Atezolizumab)是一种针对PD-L1的单克隆抗体,可破坏PD-L1:PD-1和PD-L1:B7-1的相互作用进而达到治疗的作用。在PD-L1高表达、T效应细胞激活、IFN-γ相关基因高表达和高肿瘤突变负荷(TMB)的肿瘤中观察到Atezolizumab的具有更好的治疗效果。然而,仍然需要了解应答和非应答患者中的浸润免疫细胞的不同作用以及其他的生物学差异。在多个研究工作中,已经清楚地阐述了浸润的CD8+ T细胞和免疫检查点抑制剂治疗的反应之间的关系。最近的研究发现,在黑色素瘤、软组织肉瘤和肾细胞癌患者的肿瘤中,B细胞浸润增加、三级淋巴结构(TLS)的存在与免疫治疗反应改善之间也存在着比较强的关联。重要的是,这些研究发现,无论采用何种治疗方式,表现出高表达B细胞基因特征的肿瘤患者均显示出良好的预后。因此,目前尚不清楚肿瘤内B细胞是否在PD1/PD-L1阻断治疗的情况下可以改善预后,或者是否可以成为转移性NSCLC PD1/PD-L1治疗的预后的预测标志物。
二.研究方法
该工作分析了来自POPLAR(phase 2)和OAK(phase 3)的891例治疗前肿瘤的bulk RNA-seq数据,这两项随机临床试验分别是在NSCLC中进行了Atezolizumab免疫治疗与Docetaxel化疗的疗效比较。在这两项试验中,首先确定了与Atezolizumab治疗的患者总体生存(OS)益处相关的显著的B细胞和浆细胞特征。然后,利用NSCLC的单细胞转录组测序(scRNA-seq)数据集来识别肿瘤内滤泡B细胞、生发中心B细胞和浆细胞的转录组特征,并通过质谱流式检测技术(CyTOF)在蛋白质水平上进行验证。在bulk RNA-seq数据集中,对这些B细胞特征的反卷积强调了在Atezolizumab治疗中,浆细胞可独立于CD8+ T细胞信号而改善OS。最后,肿瘤内浆细胞的富集与TLS聚集的存在显著相关性,并且具有TLS和/或LAs的肿瘤患者具有更好的预后。该研究揭示了在PD-L1检查点阻断治疗中具有较好预后的 NSCLC患者中,存在比较强的肿瘤内B细胞和浆细胞的信号,并且独立于CD8+ T细胞的存在。
三.研究结果
1、Atezolizumab治疗患者的B细胞转录特征与改善的OS相关
在OAK队列中,对Atezolizumab治疗有OS改善和无OS改善的患者进行差异表达基因分析。 受益患者中高表达的基因主要是与B细胞和浆细胞相关的基因,例如CD19、 D79A、 ANK1、 CHAIN、 ZB1和TNFRSF17(图1A),与细胞毒性T细胞和干扰素(IFN)相关的基因,例如CD3E、CD3D、CD3G、CD8A、GZMA-B、IFNG和CXCL9-10,然而,这些基因在Docetaxel化疗组中均不显著(图1B),表明这些B细胞和浆细胞基因对Atezolizumab治疗的应答具有预测价值。然后,在OAK队列中进行生存分析,用三分位数对基因表达进行分类,并比较高表达(T3)和低/中表达(T1-T2)组中的生存曲线。B细胞标记物CD79A和CD19的高表达比IFNG或IFN诱导的趋化因子CXCL10更多地改善了OS(图1C-F)。该研究还在蛋白质水平上确认这些转录组水平的研究结果,使用多重免疫荧光(IF)对Atezolizumab的两名应答者和两名无应答者的肿瘤样本进行CD8、CD79和Ki67染色评估。与无应答的患者相比,在有应答的患者的肿瘤中检测到大量CD79+ B细胞。
2. 在scRNA-seq转录组数据中鉴定B细胞亚群
为了进一步研究与Atezolizumab应答相关的B细胞,该工作分析了从44例NSCLC患者的肺和外周组织收集208506个细胞的scRNA-seq数据集。确定了三个主要CD79A+ B细胞亚群,包括滤泡B细胞、生发中心B细胞和浆细胞(图2A)。虽然发现与正常邻近组织相比,肿瘤组织中的B细胞和浆细胞数量增加,但这些B细胞群中的生发中心B细胞、滤泡B细胞和浆细胞的组成在同一患者的肿瘤和癌旁组织之间是相似的(图2B)。滤泡B细胞高表达CD83、CD69、SELL和BANK1。浆细胞高表达多种免疫球蛋白转录物(IGHG2、IGHGP和IGHA2)、MZB1、DERL3和XBP1。生发中心B细胞高表达HMGA1、AICDA和RGS13(图2C)。并且在两个独立的NSCLC scRNA-seq数据集中验证了滤泡B细胞、生发中心B细胞和浆细胞的存在(图2D和2E)。并进一步使用CyTOF在蛋白质水平上进一步证实了这三个B细胞亚群的存在。
3. 将scRNA-seq衍生的特征用于bulk RNA-seq分析
探究从scRNA-seq分析中确定的B细胞特征是否可以预测Atezolizumab治疗或Docetaxel化疗后的患者生存率。首先通过测量基因共表达并对这些共表达模式进行分层聚类,验证了来自scRNA-seq的B细胞特征可以应用于bulk RNA-seq数据(图3A)。为了进一步验证特征,在23例NSCLC肿瘤上进行了配对bulk RNA-seq和多重IF(mIF)(图3B)。总的来说,mIF或RNA-seq对浆细胞的定量具有高度相关性(图3C)。重要的是,通过最高三分位数(T3)与底部两个三分位数(T1-T2)对样本进行二分,产生了高度相似的分层(图3D)。此外,浆细胞RNA-seq标记基因单独与mIF浆细胞定量相关,而与滤泡B细胞和生发中心B细胞标记基因则不相关,突出了浆细胞特征的特异性(图3E)。总之,证明了scRNA-seq衍生的特征对浆细胞具有高度特异性,足以应用于bulk RNA-seq对样本进一步进行分层。
4. 高浆细胞特征预测Atezolizumab治疗后的患者生存率
使用三分位数对患者进行二分类,并比较T3和T1/2组。Kaplan-Meier分析显示,虽然Atezolizumab在三个B细胞特征中观察到OS改善的趋势,但只有浆细胞信号显著(图4A-4D)。重要的是,无论是生发中心B细胞、滤泡B细胞,还是tGE8特征(IFNG、 CXCL9、CD8A、GZMA、GZMB、CXCL10、PRF1和TBX21)在这些模型中都不显著(图4E)。在研究队列中,207名患者(Atezolizumab n=99;Docetaxel n=108)采用PDL1 IHC、RNA seq和组织TMB(FMI tTMB)进行了全面的生物标记物分析。为了评估浆细胞特征与免疫检查点抑制剂治疗反应已知生物标志物相比的预测价值和独立性,将这些特征结合在多因素Cox比例风险分析中,发现浆细胞特征对Atezolizumab治疗组中的OS有最强的影响。在Docetaxel化疗组中没有这些相关性,这突出了浆细胞特征的特异性,对Atezolizumab治疗患者有益,但对化疗无效(图4F)。并且,浆细胞特征高的肿瘤患者仅在Atezolizumab治疗组中临床获益率显著增加(图4H)。在OAK中分离鳞状和非鳞状NSCLC患者时,两种组织学中浆细胞特征得分最高的三分位患者显示Atezolizumab治疗比Docetaxel化疗具有更长的OS(图4G)。
5. 浆细胞特征在具有三级淋巴结构(TLS)和/或淋巴聚集(LAs)的肿瘤中富集
研究发现H&E定义的TLS以CD20+ B细胞为主的独特生发中心为标志。生发中心被CD20+ B细胞和CD3+ T细胞的混合物包围,其中的CD3+T 细胞主要由CD8-(CD4+ T细胞)和CD8+ T细胞两种细胞构成(图5A)。此外,所有已识别的TLS都由邻近的浆细胞标记(图5A)。LAs有更多的混合特征,没有明显的CD20+ 特征,富集更多的CD3+ T细胞而不是CD20+ B细胞(图5A)。在LAs内或周围也发现了浆细胞(图5A)。通过mIF实验证实了浆细胞与T细胞浸润具有比较强的相关性。总之,这些数据表明,在TLS和/或LAs中,浆细胞浸润可能与T细胞浸润有关。因此,在POPLAR队列中评估了肿瘤的H&E是否存在TLS和/或LAs。在分析的254例患者样本中,9%的患者有TLS样结构伴有生发中心,21%的患者有LAs,但未观察到生发中心,其余70%的患者未检测到TLS或LAs。Atezolizumab治疗或Docetaxel化疗组样本之间的TLS或LAs分布没有差异(图5B)。含有TLS和/或LAs的肿瘤患者在使用Atezolizumab治疗时,OS有显著增加,但使用Docetaxel化疗时没有显著区别(图5C)。与浆细胞特征相似,这些数据表明TLS和/或LAs的存在与Atezolizumab治疗(而非Docetaxel化疗)患者的OS获益密切相关。含有TLS和/或LAs的肿瘤中三种瘤内B细胞亚群的基因高度富集,尤其是浆细胞基因,包括MZB1、TNFRSF17(BCMA)和免疫球蛋白(图6A和6B)。对三种B细胞特征的定量分析证实了TLS和/或LAs的肿瘤中浆细胞的增加。并且,含有TLS和/或LAs的肿瘤中的生发中心B细胞和滤泡B细胞特征也增加(图6C)。
四、总结
总的来说,该研究整合了Atezolizumab免疫检查点抑制剂治疗与Docetaxel化疗两个大型随机临床试验的bulk RNA-seq队列,以及scRNA-seq和蛋白质测量实验,结果表明,NSCLC中高水平的瘤内浆细胞与接受Atezolizumab治疗的患者更长的OS密切相关。随着单细胞技术的兴起,公开的单细胞数据也呈现爆炸式增长,这为科研人员的研究提供了坚实的基础,公共大队列数据,多组学整合以及新角度也可以发Cancer Cell!